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引言

通信技術(shù)是現(xiàn)代信息社會(huì)的重要技術(shù)支撐，在人們的社會(huì)生活中發(fā)揮著重要和不可替代的作用。隨著人類對(duì)天空的開發(fā)和利用，空間信息技術(shù)和空間通信技術(shù)越來越顯示其重要性。2009年在北京召開的第三屆空間信息技術(shù)國際學(xué)術(shù)會(huì)議（ICSIT2009）指出,當(dāng)前空間信息技術(shù)日新月異，已迅速崛起成為與納米技術(shù)、生物技術(shù)并列的三大科學(xué)前沿領(lǐng)域之一。空間信息技術(shù)科學(xué)是20世紀(jì)80年展起來的，以3S+C空間信息技術(shù)，3S：地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)；衛(wèi)星通信技術(shù)(C)為主要內(nèi)容、研究與地球和空間分布有關(guān)的數(shù)據(jù)采集、量測(cè)、分析、存儲(chǔ)、管理、顯示、傳輸、應(yīng)用的一門綜合集成的科學(xué)技術(shù)。空間信息技術(shù)已在全球與區(qū)域通信、導(dǎo)航定位、資源調(diào)查、災(zāi)害和環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、區(qū)域和城市規(guī)劃等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)影響。要實(shí)現(xiàn)高性能、大容量、高速度、高可靠的空間信息技術(shù)，空間通信成為重要技術(shù)支撐之一。通信技術(shù)是空間通信技術(shù)的重要基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。中國正在實(shí)施北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)工作，將相繼發(fā)射5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，廣泛用于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展各個(gè)領(lǐng)域。新興科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是納米科學(xué)技術(shù)的的發(fā)展，為通信技術(shù)采用新的材料、器件和系統(tǒng)開辟了嶄新的途徑，對(duì)通信技術(shù)的突破，特別是新興微納衛(wèi)星技術(shù)對(duì)空間通信技術(shù)的突破,起到了十分重要的作用。

早在60年代，著名的物理學(xué)家費(fèi)曼就預(yù)言了納米科學(xué)技術(shù)的前景。隨著納米科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，其在材料、器件、信息傳輸、信息處理、信息顯示、終端通信產(chǎn)品等多個(gè)方面為未來通信科學(xué)技術(shù)的發(fā)展展示了全新的技術(shù)，正引領(lǐng)未來通信科學(xué)技術(shù)向更大容量、更加快速、更加節(jié)能、更加可靠的方向發(fā)展。貝爾實(shí)驗(yàn)室總裁JeffJaffe在2005年近舉行的“納米行業(yè)”會(huì)議上作主題演講時(shí)預(yù)測(cè)，納米技術(shù)應(yīng)用于通信之中，會(huì)以一種其它任何技術(shù)不曾有過的方式來變革其它產(chǎn)業(yè)。Motorola,Inc.就納米技術(shù)在納米材料、納米發(fā)射顯示器（NED）、外殼和表面、能源、納米傳感器、主動(dòng)和活躍電子器件等方面對(duì)終端通信產(chǎn)品產(chǎn)生的影響作了深入的研發(fā)。

隨著人們的科學(xué)技術(shù)探索不斷向空間（太空）和深度空間發(fā)展，空間通信技術(shù)在人們利用空間和開發(fā)的活動(dòng)中發(fā)揮了越來越重要的作用。

盡管空間技術(shù)還處于不斷的進(jìn)步中，但是人們已經(jīng)看到納米科技正引領(lǐng)未來通信技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段，特別是微納衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展。這些新興技術(shù)的發(fā)展，將極大的推動(dòng)通信技術(shù)在空間通信中應(yīng)用，使技術(shù)向更大容量、更加快速、更加節(jié)能、更加可靠的方向發(fā)展。任何一個(gè)通信領(lǐng)域，都主動(dòng)和被動(dòng)地受到納米科技給通信技術(shù)帶來的越來越大影響和推進(jìn)作用。2008年著名的Springer出版社，出版了“納米科技社會(huì)年鑒”，其中“納米時(shí)代的通信”對(duì)納米科技對(duì)通信技術(shù)的影響作了深入的分析。

納米科技正影響著通信技術(shù)、空間通信的各個(gè)方面，納米技術(shù)通信和空間通信技術(shù)帶來的新興技術(shù)。

1納米科技的信息傳輸容量、速度和可靠性

納米科技在提高通信技術(shù)的信息傳輸容量、速度和可靠性。納米電子材料從根本上改變了電子材料的結(jié)構(gòu)，為克服材料科學(xué)研究領(lǐng)域中長期未能解決的問題開辟了新途徑。納米電子材料科學(xué)的發(fā)展，首先對(duì)光纖光纜和通信電纜技術(shù)的發(fā)展帶來了重大影響。通信事業(yè)迅猛發(fā)展將導(dǎo)致信息傳輸技術(shù)發(fā)生深刻變革，未來高速骨干傳輸?shù)陌l(fā)展對(duì)光纖提出了新的要求，包括：①擴(kuò)大單一波長的傳輸容量，單一波長的傳輸容量已達(dá)到40Gb/s，并已開始進(jìn)行160Gb/s的研發(fā)；②實(shí)現(xiàn)超長距離傳輸，目前有的公司已能夠采用色散齊理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)2000～5000km的無電中繼傳輸；③適應(yīng)DWDM技術(shù)的運(yùn)用，DWDM系統(tǒng)的大量使用，對(duì)光纖的非線性指標(biāo)提出了更高的要求。納米材料為光纜提供了新的技術(shù)。近來，一些廠商已開發(fā)出納米光纖涂料、納米光纖油膏、納米護(hù)套用聚乙烯（PE）及光纖護(hù)套管用納米PBT等材料[1]。采用納米材料的光纜，利用了納米材料所具有的許多優(yōu)異性能，對(duì)光纜的抗機(jī)械沖擊性能、阻水、阻氣性都有一定的改善，并可延長光纜的使用壽命，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性[2]。采用納米科技制造技術(shù)制備的量子點(diǎn)激光器能夠用來量子加密技術(shù)。目前，許多金融機(jī)構(gòu)、政府部門和一些國防項(xiàng)目承包商都采用了量子加密技術(shù)。量子保密通信通過了信息傳輸過程中的安全性，在未來10年會(huì)有比較大的發(fā)展。利用納米制造技術(shù)制造的光子晶體光纖能用于未來全新光孤子光通信系統(tǒng)[3]。

2新型納米電子/光電子-未來通信技術(shù)的核心

對(duì)新型材料和器件的研究一直主導(dǎo)著通信技術(shù)的發(fā)展方向。過去，在射頻和高速處理領(lǐng)域，砷化鎵是主要的推動(dòng)力量。而鈮酸鋰則改善了光調(diào)制器和放大器的性能。光通信技術(shù)真正的發(fā)展得益于一整套新的加工技術(shù)[4-5]，這些技術(shù)包括原子力顯微鏡[6]、浸筆納米光刻[7]和納米壓印光刻[8]等。這些納米制造技術(shù)使得制造納米電子器件變得更加容易，開發(fā)者因此能夠研制出體積更小、價(jià)格更低、性能更高的納米科技器件。通過采用納米工藝，可以將納米光子制成一系列的偏振器、分路器和波片等。

處理器速度一直是阻礙計(jì)算技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展的主要因素。但是，當(dāng)處理器速度提高到一定程度時(shí)，互聯(lián)就成了制約發(fā)展的因素。納米激光器的第一個(gè)重要應(yīng)用很可能是芯片光互聯(lián)，光互聯(lián)能夠提供足夠的帶寬，并能向最快的處理器提供數(shù)據(jù)，片片內(nèi)光通信技術(shù)已經(jīng)成為未來通信器件與系統(tǒng)高速、高容量的重要技術(shù)，而這一技術(shù)主要依靠納米光電子器件和納米加工技術(shù)的發(fā)展。基于納米技術(shù)的光互連能夠?yàn)楦呒啥燃{米級(jí)芯片提供高帶寬、低延遲，小功耗的片內(nèi)通信服務(wù)[9-10]。硅微納加工方面的深厚技術(shù)積累對(duì)推動(dòng)光互技術(shù)將起到非常重要的作用。由于納米科技，使得硅基能夠突破發(fā)光效率低、調(diào)制特性差的局限，使得硅基光電子器件能夠與電子器件在同一硅片上實(shí)現(xiàn)微納集成，這對(duì)于未來通信終端產(chǎn)品更小、更可靠、更節(jié)能、更便宜具有重要意義，對(duì)于通信終端產(chǎn)品將產(chǎn)生革命性的影響[11]。而更小、更可靠、更節(jié)能是實(shí)現(xiàn)高性能、高可靠空間通信的重要技術(shù)要求。納米技術(shù)開發(fā)的高性能激光器，為光空間通信提供了新的通信手段[12]。

3納米科技對(duì)空間通信技術(shù)領(lǐng)域的重要作用

空間通信泛指通信一方或雙方利用人造衛(wèi)星,天然衛(wèi)星,航天飛機(jī),空間站等進(jìn)行無線傳輸?shù)囊环N方式，是通信方式中比較前沿的領(lǐng)域，如圖1所示。在國民經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)、社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，地球空間信息技術(shù)的重要作用日益凸現(xiàn)。納米科技在以衛(wèi)星遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)以及衛(wèi)星通信技術(shù)為核心的空間信息技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的重要。新一代寬帶多媒體通信衛(wèi)星系統(tǒng)，為用戶提供視頻、話音、數(shù)據(jù)及寬帶因特網(wǎng)接入等各類服務(wù)[12]。納米技術(shù)制造的各類高性能傳感器在微納衛(wèi)星、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。空間通信具有傳播距離遠(yuǎn)、差錯(cuò)率高、計(jì)算資源和功率有限、緩存空間及處理能力受限等特點(diǎn)[13]，對(duì)系統(tǒng)的各方面性能和信息處理能力要求更高。納米科技制造技術(shù)能夠使得通信用的電子器件更小、更快、更節(jié)能，納米材料能夠使得通信用的終端器件更小、更輕、更可靠。

建立在微米/納米技術(shù)基礎(chǔ)上的微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)目前正在得到普遍重視，在無線終端領(lǐng)域，對(duì)微型化、高性能和低成本的追求使大家普遍期待能將各種功能單元集成在一個(gè)單一芯片上，即實(shí)現(xiàn)片上系系(SOC,SystemonaChip)，而通信工程中大量射頻技術(shù)的采用使諸如諧振器，濾波器、耦合器等片外分離單元大量存在，MEMS技術(shù)不僅可以克服這些障礙，而且表現(xiàn)出比傳統(tǒng)的通信元件具有更優(yōu)越的內(nèi)在性能。日前，IBM公司采用MEMS技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出了能夠用在手機(jī)等無線裝置上的微型嵌入式頻率調(diào)諧器和其他設(shè)備。在空間通信技術(shù)中小衛(wèi)星扮演著十分重要的角色，小衛(wèi)星實(shí)時(shí)系統(tǒng)即低軌道衛(wèi)星空間通信系統(tǒng)將成為今后世界上具有市場(chǎng)效益的通信產(chǎn)業(yè)[14-15]，而小衛(wèi)星的發(fā)展涉及很多新興納米材料和器件的應(yīng)用。

美國宇航局2008年4月24日宣布，其下屬的艾姆斯研究中心將與一家企業(yè)聯(lián)手研制被稱作“納米衛(wèi)星”的超小型衛(wèi)星，如圖2所示[17]，以打造下一代太空通信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。“納米衛(wèi)星”不僅僅是重量和尺寸上的分類，也采用了更多的納米科技[16]。納米科技催生的新型感覺傳感器[18]、新的發(fā)射和接收技術(shù)、新的能源供應(yīng)和低消耗技術(shù)，將使未來的空間通信技術(shù)產(chǎn)生重大突破，催生新的社會(huì)需求和新興通信產(chǎn)業(yè)。

4納米科技在空間技術(shù)及空間通信技術(shù)中的應(yīng)用與展望

根據(jù)國內(nèi)外對(duì)納米科技發(fā)展的預(yù)期，納米科技對(duì)空間技術(shù)及空間通信技術(shù)將產(chǎn)生重大的技術(shù)推進(jìn)作用。2003年德國航空和宇航中心發(fā)表的長達(dá)200頁的研究報(bào)告“納米科技在空間開發(fā)和系統(tǒng)中的應(yīng)用”，反映了納米科技對(duì)空間技術(shù)及空間通信技術(shù)產(chǎn)生的重大的影響。圖3[19]是1990年至2001年國際上發(fā)表的空間技術(shù)與納米技術(shù)相關(guān)的論文。

中國的空間通信技術(shù)，無疑必須充分關(guān)注、利用和開發(fā)納米科技對(duì)通信技術(shù)起重要促進(jìn)作用的研究成果，提高中國通信技術(shù)未來的發(fā)展水平和競(jìng)爭(zhēng)力。由于新的納米科技導(dǎo)致通信終端產(chǎn)品新的功能，進(jìn)一步產(chǎn)生新的需求，從而導(dǎo)致通信技術(shù)新一輪的發(fā)展。納米科技對(duì)于空間通信中的主角-“衛(wèi)星”的發(fā)展產(chǎn)生了巨大推動(dòng)作用，圖4是1990年至2001年國際上發(fā)表包含“納米衛(wèi)星”主題的論文[19]。納米科技是學(xué)科交叉融合與產(chǎn)生新增長點(diǎn)的關(guān)鍵基礎(chǔ)。《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》指出：“納米科技已成為許多國家提升核心競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略選擇，也是中國有望實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的領(lǐng)域之一。”

空間通信技術(shù)的發(fā)展對(duì)于空間技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。例如，因特網(wǎng)業(yè)務(wù)在全球的迅速發(fā)展以及衛(wèi)星通信所具有的獨(dú)特技術(shù)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì),利用衛(wèi)星進(jìn)行傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（TCP/IP）數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)成為衛(wèi)星通信發(fā)展的一個(gè)新方向[20-21]。利用空間通信技術(shù)，在以網(wǎng)絡(luò)為中心的環(huán)境，利用轉(zhuǎn)型通信衛(wèi)星，每個(gè)用戶能夠在無線網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)使用高性能、大容量、高速度、高可靠的信息服務(wù)[22]。空間通信技術(shù)在未來軍事對(duì)抗中具有重要的戰(zhàn)略地位,美軍為滿足未來戰(zhàn)爭(zhēng)需要不斷地規(guī)劃研發(fā)新的通信衛(wèi)星系統(tǒng),構(gòu)建中國空間信息網(wǎng)絡(luò),具有重要的戰(zhàn)略意義[23]。

5結(jié)語

未來一段時(shí)間，中國空間通信技術(shù)的重要發(fā)展方向主要包括自由空間光通信技術(shù)、超導(dǎo)器件在空間通信中的應(yīng)用、星載智能天線技術(shù)、納米通信器件技術(shù)等。納米通信器件將成為未來空間通信技術(shù)的重要核心器件之一。

納米科技涵蓋的領(lǐng)域非常廣泛，而且未來通信和空間通信技術(shù)會(huì)涉及到納米科技的方方面面，在這種納米科技日新月異發(fā)展的情況下，通過一篇綜述文章把納米科技在通信和空間通信技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用闡述得有一定的廣度和深度實(shí)屬不易，旨在促進(jìn)對(duì)納米科技在未來通信技術(shù)中的應(yīng)用的關(guān)注,關(guān)注空間通信的巨大應(yīng)用前景和納米科技的對(duì)空間通信的促進(jìn)作用。可以相信,中國納米科技的發(fā)展，必將對(duì)中國通信和空間通信技術(shù)產(chǎn)生巨大的技術(shù)推進(jìn)作用。